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Re: Remember to prepare for future
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Posted by Bob Shannon-Pinpoint on October 18, 2000 at 16:12:02:
As JOB said once, A great philosopher(Kant) said," not to speak of earthquakes, it only encourages them" Bob Said: I added the quotes so that they come from Kant rather than Jim. Actually Kant said: "KANT and the Great Lisboa Earthquake of 1755 A decisive incentive for theoretization derived from a series of major earthquakes in the 18th century, the Lisboa earthquake in 1755, the earthquakes of Callao and Lima in 1746 and Calabria in 1783. The number of casualties (40 - 50000 in Lisboa, about the same in Calabria) triggered the discussion about the causes of earthquakes in the hope of making predictions safer and finding meaningful safeguards.The events fell into an epoche, where many elementary laws of classical mechanics were already known. 50 years earlier NEWTON had published his theory of gravity applied to the planets. This theory allowed the estimation of the gravity forces of planets in relationship to the earth. The law of inertia as well as special chemical reactions such as the generation of FeS were commonly known to contemporary scientists. Thus they were able to use this background knowledge as a basis to understand the mechanisms of earthquakes. The German philosopher Immanuel KANT[1,2,3], wrote three essays on these issues. The first entitled "Von den Ursachen der Erderschütterungen bei der Gelegenheit des Unglücks, welches die westlichen Länder von Europa gegen das Ende des vorigen Jahres betroffen hat" was written under the impression of the Lisboa earthquake in 1756. One year before KANT had published his 'Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels"', which already showed that he knew BUFFON's theory of the earth. but he knew much more about NEWTON's astronomical theories and physics than BUFFON. Thus these three essays and the earthquake theory contained in them should be considered in a wider context of the origin of the earth and the solar system. Whereas he praizes John RAY and BUFFON for their numerous eccounts and proof of earthquakes that took place, he rejects WHISTON's comet theory (still popular at that time) as crazy dreams. He explicitly wanted to deal only with probable causes of earthquakes as the only true ones. The 20th century's reader has to observe that many important concepts of wave propagation were not yet commonly known at that time. Contemporary scientists imagined that seismic energy propagates similar to that of mass transport as - for instance - air particles, when they are transported by a wind.The most important peculiarity of wave propagation in solid media, the transport of energy and impulse by elastic deformation only but without mass transport, had not been realized yet. Therefore, contemporary writers found it difficult to explain special effects at greater distances from the epicenter, such as seiches. When searching for a suitable transport mechanism of seismic energy KANT developed the following idea: the caves inside the earth, supposed since antiquity, run parallel to mountain ranges and big rivers. They carry the effects of wind, fire or a blast over longer distances[4]. This "natural relatedness" results from events in the evolution of the earth. In Italy, e.g. this direction is North- South (this can be detected by watching church lamps swing) and in Lisboa it is West-East (which is the direction of Europe's highest mountain ranges): "Das erste, was sich unserer Aufmerksamkeit darbietet, ist, daß der Boden, über dem wir uns befinden, hohl ist und seine Wölbungen fast in einem Zusammenhang durch weitgestreckte Gegenden sogar unterm Boden des Meeres fortlaufen... Ich müßte bis in die Geschichte der Erde im Chaos zurück gehen, wenn ich etwas Begreifliches von der Ursache sagen sollte, die bei der Bildung der Erde den Ursprung dieser Höhlen veranlaßt hat...Die Ursache mag aber sein, welche sie wolle, so ist es doch gewiß, daß die Richtung dieser Höhlen den Gebirgen und durch einen natürlichen Zusammenhang auch den großen Flüssen parallel ist; denn diese nehmen das unterste Theil eines langen Thals ein, das von beiden Seiten durch parallel laufende Gebirge beschränkt wird. Eben dieselbe Richtung ist es auch, wornach die Erd-erschütterungen sich vornehmlich ausbreiten. In den Erdbeben, welche sich durch den größten Theil von Italien erstreckt haben, hat man an den Leuchtern in den Kirchen eine Bewegung von Norden fast gerade nach Süden wahrgenommen; und dieses neuliche Erdbeben hatte die Richtung von Westen nach Osten, welches auch die Hauptrichtung der Gebirge ist, die den höchsten Theil von Europa durchlaufen."[5] From this KANT deduced that houses and streets should never be built parallel to mountains and rivers in endangered areas:
"Wenn in so schrecklichen Zufällen den Menschen erlaubt ist einige Vorsicht zu gebrauchen, wenn es nicht als eine verwegene und vergebliche Bemühung angesehen wird allgemeinen Drangsalen einige Anstalten entgegen zu setzen, die die Vernunft darbietet, sollte nicht der unglückliche Überrest von Lissabon Bedenken tragen sich an demselben Flusse seiner Länge nach wiederum anzubauen, welcher die Richtung bezeichnet, nach welcher die Erderschütterung in diesem Lande natürlicher Weise geschehen muß."[6] He points out that Lisboa suffered more because it was built alongside the river Tejo:
"Das Unglück von Lissabon schent also durch seine Lage vergrößert zu sein, die es der Länge nach an dem Ufer des Tagus gehabt hat; und nach diesen Gründen müßte eine jede Stadt in einem Lande, wo die Erdbeben mehrmals empfunden werden, und wo man die Richtung derselben aus der Erfahrung abnehmen kann, nicht nach einer Richtung, die mit dieser gleichlaufend ist, angelegt werden."[7] KANT who had chosen an especially uneventful and quiet life style happily remarked that his homeland Prussia was safe from earthquakes as it was flat and the earths' crust even. Mountainous countries such as Peru and Chile are much more endangered:
"Der Hauptstrich der Erdbeben geht in der Richtung der höchsten Gebirge fort, und es werden also diejenige Länder hauptsächlich erschüttert, die diesen nahe liegen, vornehmlich wenn sie zwischen zwei Reihen Berge eingeschlossen sind, als in welchem Falle die Erschütterungen von beiden Seiten sich vereinbaren. In einem platten Lande, welches nicht in einem Zusammenhange mit Gebirgen steht, sind sie seltener und schwach. Darum sind Peru und Chili diejenige Länder, die fast unter allen in der Welt den häufigsten Erschütterungen unterworfen sind."[8] Trying to explain the active causes of earthquakes KANT does not stop at wind and fire as does ARISTOTLE, but gives a chemical explanation. In accordance with contemporary experimental chemistry[9] he presumes that a certain mixture - 2 parts vitriol oil, 8 parts water, 2 parts iron - produces steam and flames:
"Zwei Quentchen Vitriolöl, mit 8 Quentchen gemeines Wasser vermischt, wenn man sie auf 2 Quentchen Eisenfeil gießt, bringen ein heftiges Aufbrausen und Dämpfe hervor, die sich von selber entzünden. Wer kann zweifeln, daß die vitriolische Säure und Eisentheile in genugsamer Menge in dem Inneren der Erde enthalten sind? Wenn das Wasser nun hierzukommt und ihre gegenseitige Wirkung veranlaßt, so werden sie Dämpfe ausstoßen, die sich auszubreiten trachten, den Boden erschüttern und bei den Öffnungen feuerspeinder Berge in Flammen ausbrechen."[10] Another explanation pertains to tidal and compressional waves caused by earthquakes. KANT relies on an experiment mentioned in the German translation of the Memoires de l'Academie Royale in Paris of 1705: CARRÉ described the firing of a bullet of a shot gun into a wooden box, filled with water. The sudden stroke compressed the water which burst the box:
"Damit ich nun gewisser würde, ob die Gefäße von der starken Bewegung und Bestrebung des Wassers, oder von der dadurch gehenden Kugel zersprenget würde; so habe ich mir einen viereckigen Kasten machen lassen. Er ist 1 Fuß hoch und 6 Zoll dicke. Die vier langen Breter sind, jedes 1 Zoll dicke; die beyden Breter an den Enden, jedes 2 Zoll, damit man die andern Breter mit Nägeln recht stark daran befestigen könne. Diesen habe ich durch ein kleines Loch mit Wasser angefüllet, und nachher meinen Schuß gethan, die Breter sind davon durchlöchert, und nicht zersplittert worden. Allein das Wasser ist dergestalt gepresset worden, daß es die Breter aus einander getrieben, und den Kasten zersprenget hat."[11] "Pour m'assurer davantage si c'étoit le grand mouvement et l'effort de l'eau qui faisoient briser ces vaisseauyx, et non-pas la balle en passant au travers; j'ai fait faire une caisse quarrée d'un pied de haut, et des fix pouces d'épaisseur, dont les quatre ais qui faisoient la longueur, avoient chacun un puce d'épaisseur, et les deux du bout en avoient chacun deux, afin d'y bien attacher les autres avic force cloux; jel'ai remplie d'eau par un petit trou, enfuite j'ai tiré mon coup qui a percés les ais fort exactement sans les briser, mais l'eau s'est tourmentée de telle maniere qu'elle afait écarter ces ais les uns des auautres et a brisé la caisse."[12] Based on these mechanical hydrodynamic experiments KANT asserts that even water can react like a solid body when suddenly compressed. Thus it can transmit shocks nearly without softening them. Water-pressure remains the same even at a distance (200 - 300 miles) and is especially high in narrow channels such as the one between England and France.
"Dieser plötzlichen Rüttelung widerstand das aufliegende Wasser so, daß es nicht, wie bei langsamen Bewegungen geschieht, nachgab und in Wellen aufschwoll, sondern es empfing seinen ganzen Druck und trieb das umliegende Wasser ebenso heftig zur Seite fort, welches bei so schnellen Eindrucke als ein fester Körper anzusehen ist, davon das entfernte Ende mit eben derselben Geschwindigkeit fortdrückt, als das angestoßene fortgetrieben wird. Also ist in jedem Balken der flüssigen Materie (wenn ich mich dieses Ausdrucks bedienen darf ) ob er gleich 200 oder 300 Meilen lang ist, keine verminderte Bewegung, wenn er als in einem Canal eingeschlossen gedacht würde, der an dem entfernten Ende eine ebenso weite Eröffnung als beim Anfange hat."[13] Speaking about inland lakes KANT makes an interesting observation: Although they are without any visible connection to the sea, they react nevertheless to tidal waves caused by earthquakes which hints at them having a "subterranean link" to the sea:
Bei dieser Pressung der Wasser ist das Allersonderbarste, daß sie sogar in Landseen, die gar keinen sichtbaren Zusammenhang mit dem Meere haben, bei Templin und in Norwegen, gespürt worden. Dieses schent beinahe der stärkste unter allen Beweisen zu sein, die man jemals vorgebracht hat, die unterirdische Gemeinschaft der mittelländischen Gewässer mit dem Meere zu beweisen.[14] After having explained his fundamental concepts, KANT wrote another and longer treatise (see footnote 19), describing and explaining the Lisbon earthquake. In this essay he also arrives at a correct explanation of the movements of those inland lakes which are not connected with the sea. Many years later (1892-96) Francois Alphonse FOREL minutely described the movements, which he called "Seiches", quoting as an example the Lake of Geneve. According to KANT these movements do not occur as a result of varying atmospheric pressure (especially after storms) but they are to be attributed to the slightly variating tilt of the earth's surface which may occur during big earthquakes at great distances. These earthquakes may be not be noticed. However, as a consequence of this tilting, rather strong movements of water in these lakes can occur: "Dagegen werden die Seen diese unempfindliche Bewegung sehr merklich haben machen müssen. Denn wenn ein See z.E nur 2 deutsche Meilen lang ist, so wird sein Wasser durch dieses geringe Wanken seines Bodens schon in eine recht starke Schaukelung versetzt werden...Man wird sich also nicht mehr wundern, wenn alle inländische Seen in der Schweiz, in Schweden, in Norwegen und in Deutschland, ohne eine Erschütterung des Bodens zu fühlen, so unruhig und aufwallend erblickt worden."[15] Although these reports taken from newspapers back a scientific foundation according to today's opinion[16], this nevertheless led to a correct explanation of the waves of the water of inland lakes caused by earthquake waves. P. BORMANN has mentioned additional astonishing anticipations of current explanations. KANT had already noted a link between the Lisboa earthquake and the unter-water mountains near the Azores.
"Durch die Vergleichung der Zeit ersehen wir, daß der Entzündungsplatz bei dem Erdbeben vom 1 ten Nov. in dem Boden der See gewesen. Der Tajo, der schon vor der Erschütterung aufschwoll, der Schwefel, den Seefahrende mit dem Senkblei aus dem erschütterten Boden brachten, und die Heftigkeit der Stöße, die sie fühlten, bestätigen es. Die Geschichte vormaliger Erdbeben giebt es auch deutlich zu erkennen, daß in dem Meeresgrunde jederzeit die fürchterlichste Erschütterungen vorgefallen sind und nächst diesem in den Örtern, welche an dem Seeufer oder nicht weit davon entfernt liegen. Zum Beweise des ersteren führe ich die tobende Wuth an, womit die unterirdische Entzündung oft neue Inseln aus dem Boden des Meeres erhoben hat und z.E. im Jahre 1720 nahe bei der Insel St.Michael, einer von den azorischen, aus einer Tiefe von 60 Klafter durch den Auswurf der Materie aus dem Grunde der See eine Insel auswarf, die 1 Meile lang und etliche Klafter über dem Meere erhoben war."[17] KANT also dealt with a problem which could be solved only recently by the geologico-geophysical proof of 'see floor spreading': he discusses the fact that those towns are hit by earthquakes more often which are near the sea: "Der Bermerkung der häufigen Erschütterungen des Seegrundes hängt mit der Frage natürlicherweise zusammen: woher unter allen Örtern des festen Landes keine heftigern oder öfteren Erdbeben unterworfen sind, als diejenige, die nicht weit vom Meeresufer liegen."[18] When Lisboa was again shaken by an earthquake in 1756, KANT wrote his third treatise entitled "Fortgesetzte Betrachtung der seit einiger Zeit wahrgenommenen Erderschütterungen". In his extensive second treatise (see footnote 19) KANT applied his fundamental concepts to the Lisboa earthquakes of Nov 18, Dec 9 and 26, 1755 and tried to find a law governing the spreading and the intervals.
The explanation for both problems is as follows: 1. Earthquakes spread as a result of hot, compressed air in subterranean caves under big mountain ranges: "Die Erdbeben haben uns offenbart, daß die Oberfläche der Erde voller Wölbungen und Höhlen sei, und daß unter unsern Füßen verborgerne Minen mit mannigfaltigen Irrgängen allenthalben fortlaufen... Diese Höhlen enthalten alle ein loderndes Feuer, oder wenigstens denjenigen brennbaren Zeug, der nur einer geringen Reizung bedarf, um mit Heftigkeit um sich zu wüthen und den Boden über sich zu erschüttern oder gar zu spalten."[19] 2. Intervals are determined by a chemical respiratory process: fiery compressed air is pushed out through the "Throats" of volcanoes. Inside the earth fire is squenched for lack of oxygen. It is kindled again when air returns into the empty caves from outside. This creates a gigantic periodic respiration process inside the huge subterranean caves comparable to a gigantic lung on which we human beings stand:
"Wenn das unterirdische Feuer in Entzündung geräth, so stößt es alle Luft aus den Höhlen umher von sich. Wo diese Luft nun, die mit den feurigen Theilen angefüllt ist, eine Öffnung findet, z.E. in dem Rachen eines feuerspeienden Berges, da fährt sie alsdann hinaus, und der Berg wirft Feuer aus. Allein so bald die Luft aus dem Umfange des Herdes der Enzündung verjagt ist, so läßt die Entzündung nach, denn ohne Zugang der Luft verlöscht alles Feuer, alsdann tritt die verjagte Luft, da die Ursache, die sie vertrieben hatte, aufhört, wieder in ihren Platz zurück und weckt das erloschene Feuer auf, auf solche Weise wechseln die Ausbrüche eines feuerspeienden Berges in gewissen Zwischenzeiten richtig nach einander ab. Eben die Verwandtniß hat es mit den unterirdischen Entzündungen, auch selbst da, wo die ausgedehnte Luft keinen Ausgang durch die Klüfte der Berge gewinnen kann. Denn wenn die Entzündung an einem Orte in den Höhlen der Erde ihren Anfang nimmt, so stößt sie die Luft mit Heftigkeit in einem großen Umfange in alle die Gänge der unterirdischen Wölbungen fort, die damit Zusammenhang haben. In diesem Augenblicke erstickt das Feuer selbst durch den Mangel der Luft. Und so bald eben diese ausdehnende Gewalt der Luft nachläßt, so kehrt diejenige, die in allen Höhlen ausgebreitet war, mit großer Gewalt zurück und facht das erloschene Feuer zu einem neuen Erdbeben an."[20] It should be stressed that KANT rejects the assumption that the constellations of the moving planets could cause earthquakes. He refers to NEWTON's theory and gives a numerical estimate which proves the gravity forces as too small. He refutes all mystical, astrological or religious interpretations of earthquakes as God's punishment: Wir haben die Ursache unter unseren Füßen "We stand with our feet on the cause".[21]
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